CN111050542A - 草本植物栽培装置及草本植物栽培方法 - Google Patents

草本植物栽培装置及草本植物栽培方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种草本植物栽培装置及草本植物栽培方法。根据本公开的实施例的草本植物栽培装置包括：主体部，具有用于栽培草本植物的内部空间；光源部，包括射出紫外线的第一光源；以及空气流动部，使草本植物周围的空气流动。在此，第一光源朝向草本植物射出紫外线。此时，通过所述紫外线，所述草本植物的包括萜烯类的次生代谢物生成增加。

Description

草本植物栽培装置及草本植物栽培方法
技术领域
本发明涉及一种草本植物栽培装置及草本植物栽培方法。
背景技术
草本植物是食用或药用的具有香气的植物。已知草本植物具有除臭、消除压力、缓解紧张等功效。最近，随着草本植物的功效众所周知而在家庭中直接进行栽培或用作礼物。
但是，具有室内与室外的光照强度、光照特性、空气流动、昼夜温度变化较小的差异。由于这种室内与室外的差异，导致在室内栽培草本植物时，存在草本植物几乎不发出香气或者仅能够在草本植物附近闻到香气的问题。
发明内容
技术问题
本公开所要解决的技术问题在于提供一种在室内也能够栽培出香气浓郁的草本植物的草本植物栽培装置及草本植物栽培方法。
本公开所要解决的另一技术问题在于提供一种能够将草本植物的香气扩散得更远的草本植物栽培装置。
技术方案
根据本公开的实施例，提供一种草本植物栽培装置，包括：主体部，具有用于栽培草本植物的内部空间；光源部，包括射出紫外线的第一光源；以及空气流动部，使草本植物周围的空气流动。在此，第一光源朝向草本植物射出紫外线。此时，通过所述紫外线，所述草本植物的包括萜烯类的次生代谢产物生成增加。
根据本公开的另一实施例，提供一种草本植物栽培方法，包括将地下部固定于培养基或水而栽培草本植物的步骤。在此，栽培草本植物的步骤包括照射紫外线的步骤以及使草本植物周围的空气流动的步骤。此时，通过所述紫外线，所述草本植物的包括萜烯类的次生代谢产物生成增加。
有益效果
根据本公开的实施例的草本植物栽培装置及草本植物栽培方法能够向草本植物提供紫外线及风而增加草本植物的芳香物质含量，并且将草本植物的香气扩散得更远。
并且，根据本公开的实施例的草本植物栽培装置及草本植物栽培方法能够向草本植物照射可见光而增加草本植物的芳香物质含量。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的草本植物栽培装置的示意图。
图2是示出根据本公开的第二实施例的草本植物栽培装置的示意图。
图3是在250PPFD背景光下栽培的迷迭香的照片。
图4是在500PPFD背景光下栽培的迷迭香的照片。
图5至图8是示出根据实验2的草本植物的芳香物质含量变化的图表。
图9至图11是示出根据实验3的草本植物的芳香物质含量变化的图表。
图12及图13是示出根据实验4的草本植物的芳香物质含量变化的图表。
符号说明
100、200：草本植物栽培装置 110：主体部
120、220：光源部 130：空气流动部
140：支撑部 150：控制部
160：输入部 170：显示部
221：第一光源 222：第二光源
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。为了能够将本发明的思想充分传递给本领域技术人员，作为示例提供以下介绍的实施例。因此，本发明并不局限于如下所述的实施例，其可以具体化为其他形态。另外，在附图中，可能为了便于说明而夸张示出构成要素的宽度、长度、厚度等。在整个说明书中，相同的附图符号表示相同的构成要素，相似的附图符号表示相似的构成要素。
根据本公开的实施例的草本植物栽培装置包括：主体部，具有用于栽培草本植物的内部空间；光源部，包括射出紫外线的第一光源；以及空气流动部，使所述草本植物周围的空气流动。所述第一光源朝向所述草本植物射出紫外线。此时，通过所述紫外线，所述草本植物的包括萜烯类的次生代谢产物生成增加。
所述第一光源可以是射出紫外线的发光二极管。
所述光源部还可以包括朝向所述草本植物射出可见光的第二光源。
所述第二光源可以是射出可见光的发光二极管。
所述空气流动部可以是风扇(fan)。
所述草本植物栽培装置还可以包括：控制部，控制所述光源部及所述空气流动部中的至少一个的工作。
所述草本植物栽培装置还可以包括：输入部，输入用于控制所述光源部及所述空气流动部中的至少一个的工作的信号。
在主体部的内部空间填充有培养基及水中的至少一种。
所述培养基及所述水中还可以包括养分。
根据本公开的实施例的草本植物栽培方法包括将地下部固定于原培养基或水而栽培草本植物的步骤。在此，栽培所述草本植物的步骤包括向所述草本植物照射紫外线的步骤以及使所述草本植物周围的空气流动的步骤。此时，通过所述紫外线，所述草本植物的包括萜烯类的次生代谢产物生成增加。
在向所述草本植物照射紫外线的步骤中，所述紫外线可以从发光二极管射出。
在使所述草本植物周围的空气流动的步骤中，可以利用在风扇产生的风使所述草本植物周围的空气流动。
栽培所述草本植物的步骤还可以包括向所述草本植物照射可见光的步骤。
向所述草本植物照射可见光的步骤中，所述可见光可以从发光二极管射出。
所述培养基及所述水中还可以包括养分。
以下，参照附图进行具体说明。
图1是示出根据本公开的第一实施例的草本植物栽培装置的示意图。
根据本公开的第一实施例的草本植物栽培装置100包括主体部110、光源部120及空气流动部130。
主体部110具有用于栽培草本植物的内部空间。
在主体部110的内部空间布置有对应于草本植物的根部的地下部。并且，在主体部110的内部空间填充有用于支撑草本植物并向草本植物供应水分的培养基或有水。培养基及水可以包括用于草本植物的生长的养分。
光源部120射出紫外线。例如，光源部120包括射出紫外线的发光二极管。光源部120朝向草本植物射出紫外线。例如，光源部120可以射出UVA、UVB及UVC中的至少一种波段的紫外线。
一定强度或一定时间以上的紫外线会对植物作用为胁迫。为了抵抗紫外线造成的胁迫，植物会增加次生代谢产物的产生。即，从光源部120射出的紫外线是用于胁迫处理的刺激光。
若向草本植物照射紫外线，则草本植物由于紫外线造成的胁迫生成更多的包括生物碱、酚、固醇、类固醇、绿蛋白、萜烯类(terpene)的挥发性次生代谢产物。草本植物的香气大部分由含有萜烯类的芳香物质产生。因此，根据本实施例，草本植物栽培装置100可以利用射出紫外线的光源部120增加草本植物的芳香物质的含量。
进行向草本植物照射紫外线而进行栽培的实验。
利用LED在光通量密度(PPFD)100μmol/m2/s的环境下向草本植物照射紫外线。在此，作为实验对象的草本植物为迷迭香、薰衣草和薄荷。利用气相色谱分析(GASchromatography)测量以10μW/cm2的强度从每天光周期开始照射紫外线1小时、3小时、6小时的三个处理组与不照射紫外线的对照组的芳香物质。在此，紫外线可以是UVA、UVB及UVC中的一种。例如，紫外线可以为295nm波段。
空气流动部130使草本植物周围的空气流动。例如，空气流动部130可以是风扇(fan)。
空气流动部130产生风而使草本植物周围的空气流动。空气流动部130使草本植物周围的空气流动，从而使得草本植物能够被供应充足的二氧化碳。二氧化碳是植物光合作用的必要元素。若向植物供应的二氧化碳不足，则植物的光合作用速度下降。若植物的光合作用速度下降，则植物的生长速度变慢，并且次生代谢产物的生成减少。
根据本实施例的草本植物栽培装置100可以通过空气流动部130对草本植物周围进行换气，从而向草本植物供应充足的二氧化碳。因此，草本植物栽培装置100可以向草本植物供应充足的二氧化碳，从而使得草本植物能够正常生长，进而能够加快草本植物的光合作用速度，从而提高草本植物的生长速度。若加快草本植物的光合作用速度，则次生代谢产物的生成增加，因此草本植物的芳香物质含量增加。即，根据本实施例的草本植物栽培装置100可以通过空气流动部130增加草本植物的芳香物质含量。
若空气不流动，则草本植物产生的芬香分子停滞在草本植物周围。草本植物栽培装置100可以利用空气流动部130使草本植物周围的空气流动而使草本植物周围的芬香分子扩散。因此，草本植物栽培装置100能够使草本植物的香气扩散到更大的空间。
草本植物包括形成于叶子和茎的毛状体(trichome)，芳香物质积聚于毛状体的细胞壁与角皮层之间。草本植物栽培装置100可以通过空气流动部130的风刺激草本植物的叶子或者使草本植物的叶子之间碰撞，从而使得角皮层被撕破，进而向外部分泌芳香物质。因此，草本植物栽培装置100通过空气流动部130刺激积聚芳香物质的部分以向外部分泌芳香物质，从而能够发出更浓的香气。
根据本实施例，光源部120及空气流动部130布置于与主体部110连接的支撑部140。支撑部140的下部与主体部110的一侧连接而向上部方向延伸，支撑部140的上部具有从支撑部140的下部弯曲而位于主体部110的上部的结构。光源部120固定于支撑部140的上部而位于草本植物的上部，空气流动部130固定于支撑部140的下部而位于草本植物的侧部。
图1中图示了光源部120及空气流动部130固定于支撑部140且支撑部140固定于主体部110的结构。但是，本公开的草本植物栽培装置100的结构并不局限于如上所述的结构。布置支撑部140的位置、光源部120及空气流动部130固定于支撑部140的位置可以进行变更。并且，支撑部140也可以不固定于主体部110，光源部120及空气流动部130也可以分别固定于彼此分离的独立的支撑部。
根据本公开的草本植物栽培装置100还可以包括控制光源部120及空气流动部130中的至少一个的工作的控制部150。
控制部150可以根据预先存储的信息或者用户直接输入的信息控制紫外线的强度、紫外线照射时间等光源部120的工作。
例如，光源部120可以包括多个发光二极管。此时，控制部150可以根据输入的关于紫外线强度的信息控制被供应电流的发光二极管的数量，从而调节从光源部120射出的紫外线强度。并且，控制部150可以根据输入的关于紫外线照射时间的信息控制向发光二极管供应电流的时间，从而调节紫外线照射时间。
并且，控制部150可以根据预先存储的信息或者用户直接输入的信息控制空气流动部130的工作时间及风强度。
根据本实施例的草本植物栽培装置100还可以包括输入部160及显示部170。输入部160是输入关于光源部120及空气流动部130的工作的信息的构成部。并且，显示部170是显示包括关于光源部120及空气流动部130的工作的信息的草本植物栽培装置100的全部信息的构成部。
虽然图1图示了草本植物栽培装置100包括控制部150、输入部160及显示部170的情形，但是本公开的草本植物栽培装置100的构成并不局限于此。草本植物栽培装置100可以不包括控制部150、输入部160及显示部170中的至少一个。
根据本实施例的草本植物栽培装置100利用射出紫外线的光源部120及空气流动部130而当栽培草本植物时向草本植物供应紫外线和风。如上所述的草本植物栽培装置100以供应紫外线和风的方法栽培草本植物，从而能够增加草本植物的芳香物质的含量，并使草本植物的香气扩散到更大的空间。
图2是示出根据本公开的第二实施例的草本植物栽培装置200的示意图。
参照图2，根据第二实施例的草本植物栽培装置200包括主体部110、光源部220及空气流动部130。
根据第二实施例的草本植物栽培装置200与根据第一实施例的草本植物栽培装置200的差异在于光源部220。更具体而言，差异在于：根据第二实施例的草本植物栽培装置200的光源部220射出紫外线及可见光，但根据第一实施例的草本植物栽培装置(图1的100)的光源部120射出紫外线。
因此，针对本实施例的说明以光源部220的射出可见光的构成为主，省略针对其他构成部的说明。省略的针对其他构成部的说明参照根据第一实施例的草本植物栽培装置(图1的100)的说明。
根据本实施例，光源部220包括第一光源221及第二光源222。
第一光源221射出紫外线，第二光源222射出可见光。例如，第一光源221包括射出紫外线的发光二极管。并且，第二光源222包括射出可见光的发光二极管。
第一光源221可以向草本植物照射紫外线而增加草本植物的芳香物质的含量。即，从第一光源221射出的光是用于对草本植物进行胁迫处理的刺激光。
第二光源222朝向草本植物照射可见光。可见光用于植物的光合作用。并且，若可见光的强度增加，则光合作用速度也加快。本实施例的第二光源222可以起到补充向草本植物照射的自然光的作用，从而可以提高草本植物的光合作用速度。因此，根据本实施例的草本植物栽培装置200可以通过第二光源222加快草本植物的光合作用速度，从而加快草本植物的生长速度。
并且，根据本实施例的草本植物栽培装置200通过第二光源222加快草本植物的光合作用速度，从而增加次生代谢产物的产生。因此，草本植物栽培装置200可以增加草本植物的次生代谢产物的产生，从而增加草本植物的芳香物质含量。即，从第二光源222射出的光可以被称为用于使草本植物生长的背景光。
控制部150可以控制第一光源221及空气流动部130，从而控制紫外线及风的强度、时间等。并且，控制部150可以控制第二光源222的工作，从而控制可见光的强度及可见光照射时间等。
如上所述的根据本公开的第二实施例的草本植物栽培装置200可以利用第二光源222向自然光中补充可见光，从而高效地增加草本植物的芳香物质的含量。
如上所述的根据本公开的实施例的草本植物栽培装置可以制作成小型而用作家庭用。家庭用草本植物栽培装置可以用于家庭内部的换气。并且，家庭用草本植物栽培装置可以用于身心稳定、疲劳恢复、诱导睡眠、心情转换及缓解疼痛等。
并且，根据本公开的实施例的草本植物栽培装置可以制作成大型而用于植物工厂等草本植物的大量栽培。草本植物栽培装置可以增加草本植物的芳香物质的含量，从而栽培适合用于提取精油的草本植物。由于通过草本植物栽培装置可以栽培增加芳香物质含量的草本植物，因此能够通过较少的个体数量提取高浓度的精油。
实验1
实验1是确认根据背景光的草本植物的发育状态的实验。
实验利用作为代表性的草本植物中的一种的迷迭香(Rosemary)。迷迭香作为抗菌、杀菌作用优异的植物，叶子的上表面呈深绿色。
将迷迭香在温度27±2℃、湿度30±5％的环境下栽培六周。此时，以12小时间隔向迷迭香照射背景光。
通过该实验对在光量互不相同的背景光1、背景光2及背景光3下栽培的迷迭香实验组1、实验组2及实验组3的发育状态进行比较。
首先，实验组1是应用背景光1栽培的迷迭香。
背景光1是由白色LED实现的从普通室内等射出的光。背景光1的光量(光合作用有效光通量密度)为7PPFD(μmol/m2/s)。
对于实验组1而言，叶子为绿色，但是香气较弱。并且，实验组1发生徒长现象，最终叶子枯萎衰败。即，从徒长现象可以得知背景光1无法充足地供应迷迭香生长所需的光量。
实验组2是应用背景光2栽培的迷迭香。
背景光2射出由红色LED、白色LED及蓝色LED实现的混合光。背景光2的光量为250PPFD。
实验组2如图3所示，叶子的一部分呈红色，并发出比实验组1浓的香气。并且，实验组2正常生长而没有徒长现象。
实验组3是应用背景光3栽培的迷迭香。
背景光3射出由红色LED、白色LED及蓝色LED实现的混合光。背景光2的光量为500PPFD。
对于实验组3而言，虽然香气比实验组2更浓，但是如图4所示，叶子的大部分呈红色。
通过如上所述的草本植物实验结果可以得知当考虑迷迭香的发育、香气及视觉部分时背景光量为250PPFD较好。并且，在过低的光量下，迷迭香发生徒长现象，因此背景光的光量应该为植物正常生长所需的最小光量50PPFD以上。
实验2
实验2是用于确认草本植物的根据紫外线处理时间的芳香物质含量变化的实验。
将迷迭香在温度27±2℃、湿度30±5％的环境下栽培六周。此时，以12小时间隔向迷迭香照射背景光。并且，每当向迷迭香照射背景光时分别照射1小时、3小时、6小时紫外线。在本实验中，背景光为从白色LED射出的白色光，光量为100PPFD。并且，紫外线为从10μW/cm2输出的紫外线LED射出的295μm波段的紫外线。即，按一天一小时向迷迭香照射紫外线的紫外线LED一天朝向迷迭香释放0.036J的能量。按一天三小时向迷迭香照射紫外线的紫外线LED一天朝向迷迭香释放0.108J的能量。并且，按一天六小时向迷迭香照射紫外线的紫外线LED一天朝向迷迭香释放0.216J的能量。
图5至图8是示出根据紫外线照射时间的草本植物的芳香物质含量变化的图表。
图5示出α-蒎烯(α-Pinene)含量的变化，图6示出桉树精(Eucalyptol)含量的变化，图7示出樟脑(Camphor)含量的变化，图8示出马鞭草酮(Vervenone)含量的变化。
对照组是仅照射背景光而不进行紫外线处理的迷迭香。实验组1是当照射背景光时按一天一小时进行紫外线处理的迷迭香。实验组2是当照射背景光时按一天三小时进行紫外线处理的迷迭香。并且，实验组3是当照射背景光时按一天六小时进行紫外线处理的迷迭香。
参照图5至图8，可以确认实验组1、实验组2及实验组3的所有芳香物质的含量相比于所有对照组全部增加。尤其，实验组中，实验组1的芳香物质含量增加最多。即，可以得知按一天一小时进行紫外线处理的情况对芳香物质含量增加起到最好的效果。
实验3
实验3是用于利用草本植物确认根据背景光的光量的紫外线处理效果的实验。
将迷迭香在温度27±2℃、湿度30±5％的环境下栽培两周。此时，以12小时间隔向迷迭香照射背景光。并且，每当向迷迭香照射背景光时照射1小时紫外线。即，按一天一小时向迷迭香照射紫外线。背景光是从白色LED射出的白色光。
在本实验中，对照组是仅进行背景光处理而栽培的迷迭香，实验组是进行背景光及紫外线处理而栽培的迷迭香。
在实验中测量的芳香物质为α-蒎烯(α-Pinene)、桉树精(Eucalyptol)、樟脑(Camphor)、马鞭草酮(Vervenone)及乙酸异冰片酯(Isobornyl acetate)。
图9示出当背景光的光量为50PPFD时根据紫外线处理的芳香物质含量的变化。
对照组是仅照射50PPFD的背景光的迷迭香，实验组是进行50PPFD的背景光及285μm波段的紫外线处理的迷迭香。
参照图9，对于α-蒎烯及桉树精而言，实验组的含量相比对照组大大减小。并且，对于樟脑、马鞭草酮及乙酸异冰片酯而言，实验组与对照组差异甚微。
即，可以得知在背景光的光量为50PPFD的情况下，当进行紫外线处理时，芳香物质的整体含量减少。
图10示出当背景光的光量为100PPFD时根据紫外线处理的芳香物质含量的变化。
对照组是仅照射100PPFD的背景光的迷迭香，实验组是进行100PPFD的背景光及285μm波段的紫外线处理的迷迭香。
参照图10，在实验组测量的所有芳香物质的含量都相对于对照组增加。
图11示出当背景光的光量为200PPFD时根据紫外线处理的芳香物质含量的变化。
对照组是仅照射200PPFD的背景光的迷迭香，实验组是进行200PPFD的背景光及295μm波段的紫外线处理的迷迭香。
参照图11，在实验组测量的所有芳香物质的含量都相对于对照组增加。
实验4
实验4是比较对草本植物进行紫外线处理时与进行其他刺激处理时的芳香物质含量的实验。
将迷迭香在温度25±2℃、湿度65±5％的环境下栽培两周。此时，以12小时间隔向迷迭香照射背景光。并且，每当向迷迭香照射背景光时照射1小时紫外线。即，按一天一小时向迷迭香照射紫外线。背景光是从白色LED射出的200PPFD光量的白色光。紫外线是从10μW/cm2输出的紫外线LED射出的285μm波段的紫外线。
对照组是进行背景光及紫外线处理而栽培的迷迭香。实验组1是进行背景光及茉莉酮酸甲酯(Methyl jasmonate)处理而栽培的迷迭香。实验组2是进行背景光、紫外线及茉莉酮酸甲酯处理而栽培的迷迭香。在此，茉莉酮酸甲酯处理是向迷迭香的叶面喷雾射出茉莉酮酸甲酯。
图12示出α-蒎烯(α-Pinene)、桉树精(Eucalyptol)及樟脑(Camphor)的含量变化。并且，图13示出马鞭草酮(Vervenone)、乙酸异冰片酯(Isobornyl acetate)及β-石竹烯(β-Caryophyllene)的含量变化。
参照图12及图13，测量的所有芳香物质的含量均为对照组相比于实验组1及实验组2最高。即，相比于包括茉莉酮酸甲酯处理而栽培的迷迭香，仅通过背景光及紫外线处理而没有茉莉酮酸甲酯处理栽培的迷迭香具有最高的芳香物质含量。
通过实验1至实验4，可以得知对草本植物进行紫外线处理能够增加芳香物质含量。尤其，可以得知为了草本植物的正常发育及芳香物质含量增加，背景光须超过50PPFD且为250PPFD以下。并且，可以得知当按一天一小时进行紫外线处理时最高效地增加芳香物质含量。
如上所述，针对本发明的具体的说明是借助于参照附图的实施例而进行的，但是上述实施例中，仅仅说明了本发明的优选的示例，因此本发明不应被理解为局限于上述的实施例，本发明的权利范围应当按权利要求书记载的范围以及其等同概念来理解。

Claims (15)

1.一种草本植物栽培装置，包括：
光源部，包括朝向所述草本植物射出紫外线波段的刺激光的第一光源以及朝向所述草本植物射出峰值波段与所述刺激光互不相同的背景光的第二光源，
其中，所述第二光源在明周期期间射出所述背景光，在暗周期期间中断所述背景光的射出，
所述第一光源在所述明周期期间的任意时间段射出所述刺激光，
所述第二光源的刺激光累积射出量为每日0.036J以上。
2.根据权利要求1所述的草本植物栽培装置，其中，
射出所述刺激光的任意时间段为一小时。
3.根据权利要求1所述的草本植物栽培装置，其中，
所述背景光为可见光。
4.根据权利要求1所述的草本植物栽培装置，其中，
所述背景光的光量超过50PPFD且为250PPFD以下，其中PPFD的单位为μmol/m2/s。
5.根据权利要求1所述的草本植物栽培装置，其中，还包括：
主体部，具有用于栽培草本植物的内部空间。
6.根据权利要求5所述的草本植物栽培装置，其中，
主体部的内部空间由培养基及水中的至少一种填充。
7.根据权利要求6所述的草本植物栽培装置，其中，
所述培养基及所述水中还包括养分。
8.根据权利要求1所述的草本植物栽培装置，其中，还包括：
空气流动部，使所述草本植物周围的空气流动。
9.根据权利要求8所述的草本植物栽培装置，其中，
所述空气流动部为风扇。
10.根据权利要求8所述的草本植物栽培装置，其中，还包括：
控制部，控制所述光源部及所述空气流动部中的至少一个的工作。
11.一种草本植物栽培用光源，包括：
第一光源，朝向草本植物射出紫外线波段的刺激光；以及
第二光源，周期性地朝向所述草本植物射出峰值波段与所述刺激光互不相同的背景光，
其中，所述第一光源在所述第一光源射出刺激光时的任意时间段射出所述紫外线，并增加所述草本植物的芳香物质含量。
12.根据权利要求11所述的草本植物栽培用光源，其中，
所述第二光源以十二小时为单位反复执行射出背景光及中断背景光的射出。
13.根据权利要求11所述的草本植物栽培用光源，其中，
所述背景光为可见光。
14.根据权利要求11所述的草本植物栽培用光源，其中，
射出所述刺激光的任意时间段为一小时。
15.根据权利要求14所述的草本植物栽培用光源，其中，
所述第二光源的刺激光累积射出量为每日0.036J以上。
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